2022 年度研究成果報告書

実機から採取した微小素材を用いた高温多軸引張クリープ試験による寿命評価法開発

研究課題

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研究課題/領域番号	19K04089
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
審査区分	小区分18010:材料力学および機械材料関連
研究機関	福井大学
研究代表者	旭吉雅健福井大学, 学術研究院工学系部門, 准教授 (30342489)
研究期間 (年度)	2019-04-01 – 2023-03-31
キーワード	クリープ / 多軸 / 寿命評価
研究成果の概要	火力発電プラントのボイラー配管等では，その形状不連続性や複雑な外力負荷によって高温多軸クリープ損傷を受ける。多軸クリープ実験でも評価素材の縮小化が要求されることから，本研究課題では，実機から採取した微小素材での多軸クリープ試験技術開発に取り組んだ。有限要素解析と機械加工技術検討を経て，外径約45 mm，肉厚約8 mmの小径管から採取した素材で作成可能な溶接タイプ十字型試験片を設計した。さらに，ステンレス鋼Super304Hの多軸クリープ破断寿命整理にはMises型相当応力が有効であることを明らかにした。
自由記述の分野	材料強度
研究成果の学術的意義や社会的意義	実機配管等から採取した素材のみで，それらの損傷を定量的に把握できることは，適切な余寿命診断や機器の安全性保障につながる。多軸応力での破断寿命評価は，これまでは汎用的な丸棒試験片での実験データを基にした予測に頼らざるを得なかったが，提案手法によって，実験的に明らかにすることを可能とした。安定した電力供給にも直結することから，産業界にも大いに有益である。ミニチュア十字型試験片の中央標点部は平面応力を実現している。さらに，実験中の電気炉内部の中央標点部の変形をその場観察する機能も備えている。高温多軸応力状態でのき裂発生や進展も可視化できたことから，破壊のメカニズム解明等の学術面でも有意義である。